3.2. Пены

Расширение масштабов геолого-разведочных работ в регионах с неблагоприятными геологическими условиями, в районах распространения многолетнемерзлых пород, ограниченного водоснабжения требует технологий и технических средств, обеспечивающих экономичность производства. Этим требованиям отвечают пены, применение которых в качестве очистного агента существенно повышает механическую скорость бурения и достоверность геологической информации за счет выхода керна, особенно в сложных горно-геологических интервалах, сокращает расход труб и затрат на тампонажные работы.

Пена – это гетерогенная полидисперсная многокомпонентная и относительно однородная система, состоящая из ячеек  пузырьков газа, разделенных тонкими оболочками (около 1 мкм) жидкости. В пенах дисперсной фазой является газ, а дисперсионной средой – жидкость, содержащая пенообразователи. Пенообразователи  поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные резко снижать коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз – спирты, жирные кислоты, мыла, белки. Благодаря особой структуре пены обладают механической прочностью, оцениваемой предельным напряжением сдвига. Прочность и устойчивость пен зависит от свойств пленочного каркаса, который определяется природой и концентрацией ПАВ на границе раздела воздух  жидкость.

Степень адсорбции ПАВ из растворов на поверхности шлама зависит от минералогического состава, концентрации и типа пенообразователя. Концентрация ПАВ в растворе не рекомендуется более 1 %, так как при превышении этого значения возрастает давление и растет эрозия стенок скважины.

Пенообразующую способность характеризует кратность пены – отношение объема пены к объему раствора ПАВ

.

Рецептура пенообразователя, дополнительных реагентов и их концентрация подбирается для обеспечения соответствующих структурно-механических свойств пены в зависимости от конкретных условий. Пенообразующий раствор представляет собой водный раствор сульфонола с концентрацией 0,2-0,5 % по активному веществу, обеспечивающий достаточную стабильность пены при степени аэрации 50-250 для бурения в условиях устойчивого разреза. При появлении в скважине водопритоков с минерализацией до 2,5 г/л концентрация ПАВ увеличивается до 1-1,5 %. В неустойчивых слабосцементированных породах, особенно при забуривании скважины, используется высокостабильная пена на основе раствора ПАВ 0,5-1 % и 4-5 % глинопорошка, обеспечивающая создание на стенках скважины закрепляющей корки даже при наличии водопритоков.

При бурении в зонах распространения многолетнемерзлых пород и в условиях отрицательных температур окружающего воздуха для предотвращения замерзания пены в стволе скважины, пенообразующего раствора в отстойнике за время СПО в раствор вводят до 10 % CaCl₂ или NaCl, одновременно повышая концентрацию ПАВ до 1-1,5 %. Рассолы с более высокой концентрацией обладают размораживающим действием.

3.3. Сжатый воздух

Сжатый воздух как промывочный агент применяется главным образом при бурении в сухих устойчивых, а также многолетнемерзлых пород, в районах, где затруднено обеспечение промывочной жидкостью, реже в водонасыщенных и неустойчивых породах, так как технология и организация продувки при этом значительно усложняются. Воздух сжимается в специальных, обычно передвижных компрессорных установках, которые располагаются недалеко от скважины. Перед использованием воздух должен быть соответствующим образом подготовлен: охлажден, очищен от капелек масла и воды. Применение сжатого воздуха позволяет за счет резкого снижения давления на породы забоя скважины, улучшения очистки и выноса выбуренной породы повысить механическую скорость бурения в 2-2,5 раза.

В сжатый воздух при бурении в осложненных условиях (водопроявления, липкие глины и т.д.) с помощью специальных устройств можно вводить в небольших количествах в виде мельчайших капелек воду или водные растворы ПАВ. Такой воздух является уже дисперсной системой с водной дисперсной фазой. При введении повышенных количеств воды образуется пена.

4. Приготовление, очистка

и дегазация буровых растворов

4.1. Способы приготовления промывочных

жидкостей

Глинистые растворы приготовляют в специальных устройствах – глиномешалках механическим или гидравлическим способами (механические и гидравлические глиномешалки).

Механические глиномешалки делятся: по характеру действия – прерывное (цикловое) и непрерывное; по конструктивному исполнению – лопастные, роторные, шаровые; по расположению валов – с горизонтальным и вертикальным расположением. Лопастные глиномешалки делятся по числу валов на одновальные и двухвальные.

Механические глиномешалки используются для приготовления глинистых растворов как из комовых, так и из порошковых глин. Привод глиномешалок осуществляется от индивидуальных двигателей или через трансмиссию.